高光谱遥感影像技术发展现状与应用

摘要：遥感作为一种常用的地质勘查技术，具有更为分辨率高、图谱合一等优势和特点。因此被广泛地应用到地质、环境监测、农林资源调查、海洋研究等等方面。本文在参考国内外研究文献的基础上，阐述了高光谱遥感的特点、优势，对高光谱遥感影像技术的发展现状进行分析，探讨该技术在经济、军事以及在航空及航天领域的发展情况，同时指出了目前高光谱遥感卫星技术应用存在的主要问题与发展趋势。

关键词：高光谱遥感；应用

基金项目：兰州资源环境职业技术学院 院级课题《基于图的半监督高光谱影像分类 》（编号：Z2015-09；项目负责人：李斐斐）

高光谱遥感又称为成像光谱遥感，主要是根据不同物质所反射出的光谱特征，通过数据识别物质属性，极大地提升了遥感技术在分辨率方面的精确度。高光谱遥感与普通遥感技术的显著差异在于能够形成更加完整的光谱数据，进而实现从远距离而又不接触物质开展探测工作。所以高光谱遥感是一项重要技术创新，实现了地物属性信息的量化提取。

一、高光谱遥感的概念

高光谱遥感所获得的分辨率较高，这也是高光谱能够精确识别地表物质成分的核心优势。成像光谱仪在空间成像的同时，能够以相同的空间分辨率记录下成百个光谱通道数据，从而有效丰富了图像空间几何信息及光谱信息，在将这些信息叠合之后便形成了高光谱立方体。相对于二维空间来说，高光谱立方体在前者的基础上增加了一维光谱信息，最终形成三维的空间坐标系。即将探测后形成的高光谱图像的每个波段数据都看成是一个层面，将成像光谱数据整体表达到该三维坐标空间，从而构成一个按波段顺序叠合构成的、拥有多个层面的数据立方体。在对传统遥感成像技术与光谱技术有效融合的基础上，高光谱遥感技术能够精确的分析不同的物质所具有的光谱特征。因为在一定的波长范围内（比如可见光-近红外、可见光-短波红外），相邻波段有光谱重叠区，也就是連续光谱成像，从而在高光谱立方体的每个图像像元均可提取一条连续的光谱曲线，这就是光谱的“指纹效应”。在成像光谱仪得到图像的基础上，就可以借助完整的光谱曲线来观测各种地物信息，这使得利用高光谱数据对地物的细节信息进行反演成为可能。实现了遥感技术从定性到定量的变革性转变，为定量遥感技术及理论提供了坚实的基础。

二、高光谱遥感的应用与创新

有鉴于高光谱图像的精确性以及对不同地物极强的识别能力，因此在经济、地质、军事等方面的应用日益广泛。本节主要对高光谱遥感技术在这些方面的应用现状进行研究，讨论高光谱遥感技术的应用优势。

首先在地质勘查与农业方面。地质勘查、矿产资源勘查一直是遥感技术应用的重要方面。相对于传统遥感技术，高光谱遥感技术让地质勘查工作发生天翻地覆的变化。例如在地质填图应用中，在对地表物光谱进行分析后，不仅能够精确识别地表物是岩石还是矿物；而且能够根据地表物的光谱特征来对矿石品种进行识别和分类。尤其是高光谱遥感技术覆盖范围十分广泛，能够对多个地区同时开展地质勘查工作，提升地质勘查的效率。同时高光谱遥感技术的定量分析让地质勘查更加精确，在对光谱数据进行分析后直接确定地表物的成分，准确把握矿物分布范围与特点。有效地提升了地质勘探效率与质量。

在农业方面，高光谱遥感技术能够实现对农田变化信息的监控。例如高光谱遥感通过对农田作物表面化学成分、农田土壤水分含量、农田土壤颗粒大小等信息的定量分析，能够有效监测降雨、大气对植物生长的影响，也能够准确的识别农作物的营养和病虫害状况，为农业生产提供更多的参考，改变传统农业作业方式。

其次在大气与海洋监测方面，高光谱遥感技术也具有极其重大的优势。在海洋监测中，高光谱遥感技术根据海水的光谱特征，可以准确地辨识海水中的物质成分。例如，海洋水色、水温度以及水面漂浮物等具有不同的光谱特性，在对之进行分析的基础上，能够发现海水的污染程度，识别海水中的污染物并提出针对性的治理对策。在对大气的分析中，可以根据大气中水蒸气、二氧化碳、氧气以及其他污染物的光谱特性，更加快速高效地判别大气污染状况和污染物种类。同时借助高光谱遥感技术也可以实现对云层温度、湿度的监测，为气象预报工作提供精确数据。

高光谱遥感技术除了在人们日常生活中息息相关的项目应用外，也可以直接应用于星际探索和军事侦察中。例如在探索外太空中，可以将高光谱成像仪放在航天器上去获得其他星体的高光谱图像，通过对物质光谱特性的定量分析，研究其他星体地表物情况，识别星体的物质组成，为进一步探索水分、外星生命等提供基础。在军事侦察中，传统遥感技术无法准确识别伪装后的军事目标，在使用高光谱遥感技术后，可以对观测后获得的光谱数据进行定量分析。根据伪装材料与绿色植物之间的光谱差异，实现对真假军事目标的判定，发现迷彩伪装网下的军事目标。

小结

随着高光谱遥感影像技术的不断发展，已经成为对地、海洋、大气的重要观测力量，在星际探索、军事侦察等方面也具有很强的实用性。因此在未来研究中要借助高光谱遥感技术的发展，拓展其在人类生活方面的应用精确性。

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